16t龍門式壓力機傳動軸的設(shè)計

段明亮

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

傳動軸工作時承受交變的循環(huán)應(yīng)力，其主要失效形式為疲勞破壞。因而傳動軸材料應(yīng)具有足夠高的強度和韌性，應(yīng)力集中敏感性小，具有良好的工藝性要求等。

軸的材料種類較多，選擇時主要考慮如下因素：（1）軸的強度及耐磨性；（2）軸的熱處理方法及機械加工工藝性；（3）軸的材料供貨情況和經(jīng)濟性等。其常用材料為碳素鋼和合金鋼，毛坯一般用棒料或鍛件，有時也用球墨鑄鐵和一些高強度鑄鐵。主要是碳鋼和合金鋼，鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造傳動軸尤為廣泛，其中45鋼最為常用。

1 傳動軸的設(shè)計

1.1 確定軸的各段直徑和長度

假設(shè)功率P1=10.32kW，轉(zhuǎn)速n1=445r/min，轉(zhuǎn)矩T1=2.58×105N·mm。查資料得A0=120，故最小直徑

得

考慮到軸上開有鍵槽，軸徑應(yīng)增加5%～7%，有兩個鍵槽則增加到10%～14%。故d=dmin（1+14%）=41.02mm。為滿足大帶輪及小帶輪的軸向定位要求，取軸的最小直徑為70mm。按軸徑選擇軸端擋圈直徑為75mm。

大齒輪及小齒輪兩端均靠軸肩與軸端擋圈定位，裝拆傳力均較方便；兩軸承常用同一尺寸，以便于加工、安裝和維修；為便于裝拆軸承，軸承處軸肩不宜太高。

因軸承同時受到較大的徑向力和較小的軸向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求，并根據(jù)dⅢ-Ⅳ=dⅤ-Ⅵ=85mm，查相關(guān)軸承目錄表，選擇代號為6017的深溝球軸承，其基本尺寸為d=85mm，B=22mm，D=130mm，da=69mm。安裝尺寸 da=92mm，故知其軸肩高為3.5mm，兩軸承另一側(cè)采用軸承端蓋定位，取端蓋的寬度為18mm。

對于軸徑，從左至右取 ?70mm→?80mm→?85mm→?92mm→?85mm→?80mm→?70mm。

對于軸長，帶輪左端采用軸端擋圈定位，為保證軸端擋圈只壓在輪轂上而不壓在軸端面上，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度。假設(shè)輪轂寬度為105mm，故取此軸段長為102mm。左側(cè)齒輪軸段同理，取軸長為117mm。

故軸長從左至右?。?17mm→150mm→24mm→633mm→24mm→150mm→102mm。

大帶輪與小齒輪的周向定位均采用平鍵連接。根據(jù)軸端直徑查得平鍵截面尺寸為：b×h=20mm×12mm；鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為63mm，配合均為H7/K6；滾動軸承與軸端配合采用基孔制，軸端尺寸差為K6。

1.2 擬定軸上零件的裝配方案

確定軸的結(jié)構(gòu)外型和全部結(jié)構(gòu)尺寸后，進行軸端結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計時考慮的主要因素有：①軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)滿足使用要求，零件在軸上的定位要可靠，保證軸和軸上零件有準確的相對工作位置；②軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于提高軸的強度和剛度，力求受力情況合理，避免或減輕應(yīng)力集中；③軸的加工及裝配工藝性好。軸端裝配圖如圖1所示。

圖1 傳動軸的結(jié)構(gòu)

1.3 求軸上的載荷

假設(shè)大帶輪作用在軸上壓軸力的最小值為（Fp）min=374N。小齒輪的分度圓直徑d1=112.5mm。其軸向力

其徑向力為Fr=Fttanα=4586.67×tan20°=1669.41N

其軸向力為 Fα=Fttanβ=0

其中：FNH0=Fp；FNH3=Ft

列出水平方向平衡方程得

列出垂直方向平衡方程得

1.4 按彎曲扭合成應(yīng)力校核軸的強度

危險截面扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，故取α=0.6，ω=0.1×d3=0.1×853=61412.5mm3。則，由公式得軸的計算應(yīng)力=17.78MPa

由已選定的 45鋼材料查相關(guān)資料得[σ-1]=60MPa，因此 σca＜[σ-1]，故此軸安全。

2 結(jié)論

本文設(shè)計了一種16t龍門式壓力機傳動軸，介紹了其機械機構(gòu)特點和計算方法，并已成功運用到我公司生產(chǎn)的相應(yīng)小型號壓力機上，可為龍門式壓力機傳動軸的設(shè)計提供一定的參考價值。